WO2017216434A1 - Machine électrique tournante munie d'un porte-balais intégré - Google Patents

Machine électrique tournante munie d'un porte-balais intégré Download PDF

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WO2017216434A1
WO2017216434A1 PCT/FR2017/051026 FR2017051026W WO2017216434A1 WO 2017216434 A1 WO2017216434 A1 WO 2017216434A1 FR 2017051026 W FR2017051026 W FR 2017051026W WO 2017216434 A1 WO2017216434 A1 WO 2017216434A1
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WO
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connector
electric machine
machine according
heat sink
rotating electric
Prior art date
Application number
PCT/FR2017/051026
Other languages
English (en)
Inventor
Svetislav JUGOVIC
Fabrice Tauvron
Farouk Boudjemai
Laurent De Lamarre
Pierre-François RAGAINE
Hugues TEMPEZ
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K13/00—Structural associations of current collectors with motors or generators, e.g. brush mounting plates or connections to windings; Disposition of current collectors in motors or generators; Arrangements for improving commutation
    • H02K13/003—Structural associations of slip-rings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/049—Rectifiers associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H02K11/05—Rectifiers associated with casings, enclosures or brackets

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine with an integrated brush holder.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application in the field of alternators for motor vehicles.
  • Such an alternator transforms mechanical energy into electrical energy and can be reversible.
  • alternator-starter makes it possible to convert electrical energy into mechanical energy, in particular to start the engine of the vehicle.
  • an alternator comprises a housing and, inside thereof, a claw rotor, integral in rotation with a shaft, and a stator which surrounds the rotor with the presence of an air gap.
  • the rotor comprises two pole wheels each having a transversely oriented flange provided at its outer periphery axially oriented claws.
  • the claws of the pole wheels are nested with respect to each other.
  • a cylindrical core is interposed axially between the flanges of the wheels. This core carries at its outer periphery an excitation coil formed around an insulating element inserted radially between the core and the coil.
  • the stator comprises a body consisting of a stack of thin sheets forming a ring, whose inner face is provided with notches open inwardly to receive phase windings. These windings pass through the notches of the stator body and form buns protruding from both sides of the stator body.
  • the phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of pins connected together by welding.
  • each power module comprises a control unit able to control two bridge arms each comprising two rectifier elements constituted for example by MOSFET type transistors.
  • the control of the bridge arms is carried out in particular according to the stator temperature, the position and the speed of the rotor, as well as operating parameters of the engine returned by the engine computer.
  • At least one power module integrated in the heat sink comprising a control unit able to drive at least two rectifier bridge arms associated with connection terminals,
  • a connector establishing electrical connections, in particular between the connection terminals of the power modules and the phase outputs of the rotating electrical machine, and
  • a brush holder carrying at least two brushes intended to rub against slip rings for feeding a rotor winding characterized in that the connector and the brush holder form a single piece.
  • the connector and the brush holder form a single piece.
  • the invention thus makes it possible, by integrating the brush holder with the connector, to obtain a compact assembly suitable for implantation on small diameter machines.
  • the interconnection of the various modules with the control electronics is easier, which facilitates the implementation of the functions of the regenerative braking type or assistance in stopping the engine.
  • connector tracks electrically connected to connection areas with the brush strands of the brush holder are overmolded in a material layer forming a portion of the brush holder and connector assembly.
  • the brush holder comprises housings receiving the brushes and an end of each housing is disposed so as to open on an opening of the rotating electrical machine.
  • said rotating electrical machine comprises a regulation module for regulating a voltage applied to a rotor winding, the regulation module being integrated in the heat sink.
  • the regulation module is positioned in a corresponding housing formed in the heat sink.
  • said regulation module comprises connection terminals soldered to connection areas of the connector. This allows the power supply of the control module and its interconnection with the power modules.
  • a layer of adhesive is interposed between the regulation module and a bottom of the corresponding housing.
  • said rotating electrical machine comprises a regulation module for regulating a voltage applied to a rotor winding, the regulation module being integrated in the connector.
  • the connector comprises a cavity for receiving the regulation module.
  • docking pads located in the extension connector tracks open into the cavity to interconnect with the control module.
  • electrical conductors are positioned between the docking pads and the components of the regulation module. This allows both the power supply of the control module and the interconnection with the power modules.
  • the heat sink has a clearance having a shape complementary to the regulation module.
  • the power module comprises rectifying elements forming at least two rectifier bridge arms, connection terminals associated with the rectifying elements and a control unit driving the rectifier bridge arms.
  • said rotating electrical machine comprises two power modules each comprising three rectifier bridge arms. This presents an economic advantage, insofar as it removes a power module.
  • each power module comprises a control unit and three bridge arms each being formed by two rectifying elements.
  • the rectifying elements are transistors
  • each power module may include diodes adapted to rectify the current of the phases of the stator winding.
  • the power modules are positioned in corresponding housings formed in the heat sink.
  • a layer of adhesive is interposed between the power modules and a bottom of each corresponding housing.
  • the connector and the heat sink have a closed periphery delimiting an opening.
  • the connector comprises two sets of connection tabs to provide a connection with phase outputs, the two sets of connection tabs extending in two distinct angular sectors relative to each other.
  • each set of connection lugs extends opposite a corresponding power module.
  • the two sets of connection tabs are angularly spaced from each other by an angle of 120 degrees.
  • the connector comprises a set of connection tabs extending in the same angular sector to provide a connection with phase outputs.
  • connection tabs are positioned between the two power modules.
  • the connector is attached to the heat sink by means of screws connecting to a positive terminal.
  • the assembly formed by the connector and the heat sink is fixed on a bearing of the electric machine by means of screws establishing a connection between the tracks of the connector and a mass of the rotating electrical machine.
  • connection terminals of the power modules are soldered to corresponding connection areas of the connector.
  • each housing is filled with a protective layer.
  • the cavity is filled with a protective layer.
  • the cavity is closed by a hood.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of an alternator according to the present invention
  • Figure 2 is a perspective view showing the rear end of the alternator according to the present invention
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the connector, the power electronics modules, the regulator module, and the heat sink of the alternator according to the present invention
  • FIG. 4 is an exploded perspective view of the power electronic modules, the regulation module, and the heat sink of the alternator according to the present invention
  • Figure 5 is a perspective view of the electronic power and control modules installed in corresponding housings of the heat sink of the alternator according to the present invention
  • Figure 6 is a perspective view from above of the subassembly formed by the heat sink and the connector of the alternator according to the present invention.
  • Figure 7 is a bottom perspective view of the subassembly formed by the heat sink and the alternator connector according to the present invention.
  • Figure 8 is a perspective view of the connector incorporating the brush holder of the alternator according to the present invention.
  • Figure 9 is a bottom perspective view illustrating an alternative embodiment of the connector according to the present invention incorporating the control module
  • FIG. 10 is a perspective view illustrating a variant of the positioning of the phase outputs of the stator winding of the alternator according to the present invention. Identical, similar or similar elements retain the same reference from one figure to another.
  • FIG. 1 shows a compact and polyphase alternator 10, in particular for a motor vehicle.
  • the alternator 10 is able to transform mechanical energy into electrical energy and may be reversible.
  • Such a reversible alternator, called alternator-starter makes it possible to convert electrical energy into mechanical energy, in particular to start the engine of the vehicle.
  • This alternator 10 comprises a casing January 1 and, inside thereof, a claw rotor 12 mounted on a shaft 13, and a stator 16, which surrounds the rotor 12 with the presence of an air gap between the outer periphery of the rotor 12 and the internal periphery of the stator 16.
  • the axis X along which the shaft 13 extends forms the axis of rotation of the rotor 12.
  • the casing 1 1 comprises front 17 and rear 18 bearings bearing the stator 16.
  • the bearings 17, 18 are of hollow form and each carry a central ball bearing for the rotational mounting of the shaft 13.
  • the rotor 12 comprises two pole wheels 24, 25 each having a flange 28 of transverse orientation provided at its outer periphery with claws 29 for example of trapezoidal shape and axial orientation.
  • the claws 29 of a wheel 24, 25 are directed axially towards the flange 28 of the other wheel.
  • the claws 29 of a pole wheel 24, 25 penetrate into a gap between two claws 29 adjacent to the other pole wheel, so that the claws 29 of the pole wheels 24, 25 are interlocked with respect to other.
  • a cylindrical core 30 is interposed axially between the flanges 28 of the wheels 24, 25.
  • the core 30 consists of two half-cores each belonging to one of the flanges 28. This core 30 carries at its outer periphery a rotor excitation winding 31.
  • the shaft 13 can be force-fitted into the central bore of the pole wheels 24, 25.
  • the shaft 13 may comprise a threaded portion for fixing a pulley 35.
  • the pulley 35 belongs to a device for transmitting movements to at least one belt between the alternator 10 and the engine of the motor vehicle.
  • the rear bearing 18 carries a brush holder 38 provided with brushes 39 intended to rub against rings 40 of a manifold 41 to supply the winding of the rotor 12. More specifically, the brush holder 38 comprises a housing having dwellings intended to each receive a broom.
  • an attached protective element 42 visible in Figure 2 may be fixed for example by snapping via a sliding link on the side of the end of the brushes 39 intended to rub against the rings 40. This protective element 42 positioned around the brushes 39 and corresponding rings 40 ensures the protection of the assembly vis-à-vis the external environment.
  • the stator 16 comprises a body 43 in the form of a sheet metal package provided with notches equipped with notch insulation for mounting the phases of the stator 16.
  • Each phase comprises at least one phase winding passing through the notches of the body stator 43 and forms, with all the phases, a front bun 46 and a rear bun 47 on either side of the stator body 43.
  • phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of pins electrically connected to each other for example by welding.
  • the phase windings are electrically connected to power electronic modules 50 via their phase output.
  • These power modules 50 form a voltage rectifier bridge for converting the alternating voltage generated by the alternator 10 into a DC voltage to supply the battery and the onboard network of the vehicle, in particular.
  • the rotating electrical machine comprises two power modules 50.
  • Each power module 50 comprises a control unit 51 able to control three bridge arms 52 each comprising two rectifier elements 53.
  • the rectifier elements 53 are for example constituted by transistors of the MOSFET type.
  • each power module drives three phases of the stator 16.
  • each power module may comprise several diodes.
  • components 51, 52, 53 and other passive components are implanted on an electronic card 54 having traces 55 formed in a layer of conductive material including a copper layer.
  • the copper layer for example covers a ceramic layer also carrying a second copper layer on the opposite side to the face of the card 54 carrying the electronic components.
  • the various components are implanted on the card 54 by soldering.
  • connection terminals 58 are associated with the various power modules 50 for interconnection with the tracks 60 of a connector 61 described in more detail below.
  • the electric machine 10 also comprises a regulation module 62 for regulating a voltage applied to a rotor winding.
  • This regulation module 62 comprises a control unit 51 and associated electronic components.
  • control unit 51 and the associated electronic components of the regulation module 62 are located on an electronic card 54 having traces 55 formed in a layer of conductive material, in particular a layer of copper.
  • the power modules 50 as well as the regulation module 62 are integrated in a heat sink 65, that is to say that they are each positioned at the same time. inside a corresponding housing 67 formed in the heat sink 65.
  • a thermally conductive adhesive layer 68 is interposed between the power modules 50 and a bottom of each corresponding housing 67 as well as between the control module 62 and a bottom of the housing 67 corresponding.
  • the adhesive layer 68 is deposited between the face of the non-component-carrying card and the bottom of the housing 67. The adhesive also allows the different modules 50, 62 to be fixed in the housings 67.
  • Each housing 67 may be filled with a protective layer such as gel or resin to protect the electronic components from the external environment.
  • a protective layer such as gel or resin to protect the electronic components from the external environment.
  • each housing 67 can be closed by a respective cap.
  • the heat sink 65 comprises a plurality of fins 66 projecting from the outer face of the body of the dissipator 65.
  • exital face denotes the face of the dissipator opposite to the internal face of said dissipator which is vis-à-vis the stator.
  • the connector 61 and the heat sink 65 preferably have a closed periphery defining an opening 71 visible in particular in Figures 5, 6, and 7. This facilitates the integration of the brush holder 38 and the air flow to the interior of the alternator 10.
  • the alternator 10 comprises blades 72 mounted integral in rotation on the axial ends of the rotor 12, as shown in FIG.
  • the connector 61 establishes electrical connections, in particular between the terminals 58 of the power modules 50 and the phase outputs of the alternator 10.
  • the connector 61 also establishes electrical connections between the components of the electronic boards 54 and the positive potential via a terminal positive positive B + referenced 75.
  • the positive terminal 75 is, for example, disposed on the heat sink 65.
  • the connector 61 also establishes electrical connections between the components of the electronic cards 54 and a mass of the vehicle including via the rear bearing 18 or the heat sink 65.
  • the connector 61 comprises a body 78, generally plate-shaped made of insulating material, overmolded on a set of conductive tracks 60, some of which have been shown in broken lines.
  • the connections between the terminals 58 of the power modules 50 and the tracks 60 are made for example by laser welding through the connection areas 81.
  • Each connection zone 81 is formed by a conductive track portion 60 that is not overmolded by the body 78.
  • the regulation module 62 also includes projecting terminals 58 welded to corresponding connection areas 81 of the connector 61.
  • the regulation module 62 may be integrated in the connector 61.
  • the connector 61 generally plate-shaped made of insulating material
  • the heat sink 65 has a clearance on its inner face. This clearance has a complementary shape of the regulation module
  • the components of the control module 62 are electrically connected to the docking pads 86, for example by a wired wiring process called "wire bonding" in English.
  • the body of the connector 78 comprises a plastic portion overmolded on the edges of a plate 89 made of a thermally conductive material forming the bottom of the cavity 82.
  • the body of the connector 78 thus delimits a window around the plate 89.
  • a layer of thermally conductive material is interposed between the plate 89 and an inner face of the heat sink 65, in particular a face of the clearance.
  • some tracks 60 protrude radially outwardly from the connector body 78 at their free ends in the form of connecting tabs. to establish the connection with the phase outputs of the stator winding.
  • the connector 61 comprises two sets 94 of three connection tabs 95 intended to be connected with phase outputs.
  • the two sets 94 extend along two distinct angular sectors relative to each other. It is specified that an angular sector is defined by an angular zone according to which the connection tabs 95 (and therefore the phase outputs of the stator winding) are spaced apart from each other by a substantially identical angular interval.
  • Each set 94 of connection lugs 95 extends vis-à-vis a corresponding power module 50.
  • the two sets 94 of connection lugs 95 are angularly spaced from each other by an angle A of the order of 120 degrees.
  • the connector 61 comprises a set 94 of connecting lugs 95 extending in the same angular sector.
  • the connection tabs 95 can then be positioned between the two power modules 50.
  • the connector 61 and the brush holder 38 form a single piece.
  • tracks 60 of the connector 61 electrically connected to the connection areas 98 with the braids of the brushes 39 are overmoulded in a layer of material 99 forming a portion of the brush holder assembly 38 and connector 61.
  • this layer of material 99 forms a portion of the body of the connector 78 and the body of the brush holder 38.
  • the brush holder 38 is disposed on the body of the connector 78 so as to that the housings receiving the brushes 39 are opening on the opening 71.
  • the connector 61 is fixed on the heat sink 65 for example by means of screws making a connection of the connector 61 to the positive terminal B + 75.
  • the screws pass through corresponding openings of the connector 61 referenced 100 in FIG.
  • the subset formed by the connector 61 and the heat sink 65 is fixed on the rear bearing of the electric machine for example by means of screws establishing a connection between the tracks of the connector 61 and a mass of the rotating electrical machine.
  • the screws pass through corresponding openings of the connector 61 referenced 101. Insulating guns positioned around the screws may be provided to prevent possible short circuits.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante pour véhicule automobile comportant: -un dissipateur thermique, -au moins un module de puissance intégré dans le dissipateur thermique comportant une unité de commande apte à piloter au moins deux bras de pont redresseur associés à des terminaux de connexion, -un connecteur (61) établissant des connexions électriques notamment entre les terminaux de connexion des modules de puissance et des sorties de phase de la machine électrique tournante, et -un porte-balais (38) portant au moins deux balais destinés à venir frotter contre des bagues collectrices pour l'alimentation d'un bobinage rotorique, caractérisée en ce que le connecteur (61) et le porte-balais (38) forment une seule et même pièce.

Description

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN PORTE-BALAIS
INTÉGRÉ
La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un porte-balais intégré. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs pour véhicules automobiles. Un tel alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible.
Un tel alternateur réversible appelé alterno-démarreur permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule.
De façon connue en soi, un alternateur comporte un carter et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes, solidaire en rotation d'un arbre, et un stator qui entoure le rotor avec présence d'un entrefer.
Le rotor comporte deux roues polaires présentant chacune un flasque d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes d'orientation axiale. Les griffes des roues polaires sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau cylindrique est intercalé axialement entre les flasques des roues. Ce noyau porte à sa périphérie externe une bobine d'excitation formée autour d'un élément isolant intercalé radialement entre le noyau et la bobine.
Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage.
Les enroulements de phase sont reliés électriquement à des modules électroniques de puissance via leur sortie de phase. Ces modules de puissance forment un pont redresseur de tension. Généralement, chaque module de puissance comporte une unité de commande apte à piloter deux bras de pont comportant chacun deux éléments redresseurs constitués par exemple par des transistors du type MOSFET. La commande des bras de pont est effectuée notamment en fonction de la température du stator, de la position et de la vitesse du rotor, ainsi que de paramètres de fonctionnement du moteur thermique retournés par le calculateur moteur.
Les configurations actuelles nécessitent en outre d'utiliser un porte- balais rapporté associé à un module de régulation pour réguler la tension appliquée au bobinage rotorique. Cela constitue un ensemble encombrant ne permettant pas de s'adapter à des machines électriques de diamètre réduit, ou d'intégrer aisément des nouvelles fonctions souhaitées par les constructeurs automobile, comme par exemple une fonction de freinage récupératif ou d'assistance à l'arrêt du moteur thermique dans le cadre de système de type "stop and start" (ou système d'arrêt et de re-démarrage automatique du moteur).
L'invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une machine électrique tournante pour véhicule automobile comportant:
- un dissipateur thermique,
- au moins un module de puissance intégré dans le dissipateur thermique comportant une unité de commande apte à piloter au moins deux bras de pont redresseur associés à des terminaux de connexion,
- un connecteur établissant des connexions électriques notamment entre les terminaux de connexion des modules de puissance et des sorties de phase de la machine électrique tournante, et
- un porte-balais portant au moins deux balais destinés à venir frotter contre des bagues collectrices pour l'alimentation d'un bobinage rotorique, caractérisée en ce que le connecteur et le porte-balais forment une seule et même pièce. On entend par une seule et même pièce, le fait que le porte-balais n'est pas rapporté au connecteur mais que le corps du connecteur est issu de matière avec le boîtier du porte-balais. L'invention permet ainsi, en intégrant le porte-balais au connecteur, d'obtenir un ensemble compact adapté à l'implantation sur des machines de faible diamètre. En outre, l'interconnexion des différents modules avec l'électronique de commande est plus aisée, ce qui facilite la mise en œuvre des fonctions de type freinage récupératif ou aide à l'arrêt du moteur thermique. Selon une réalisation, des pistes du connecteur reliées électriquement à des zones de connexion avec les tresses de balais du porte-balais sont surmoulées dans une couche de matériau formant une portion de l'ensemble porte-balais et connecteur.
Selon une réalisation, le porte-balais comprend des logements recevant les balais et une extrémité de chaque logement est disposée de manière à être débouchante sur une ouverture de la machine électrique tournante.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un module de régulation pour réguler une tension appliquée à un bobinage rotorique, le module de régulation étant intégré au dissipateur thermique.
Selon une réalisation, le module de régulation est positionné dans un logement correspondant ménagé dans le dissipateur thermique.
Selon une réalisation, ledit module de régulation comporte des terminaux de connexion soudés sur des zones de connexion du connecteur. Cela permet l'alimentation du module de régulation et son interconnexion avec les modules de puissance.
Selon une réalisation, une couche de colle est interposée entre le module de régulation et un fond du logement correspondant.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un module de régulation pour réguler une tension appliquée à un bobinage rotorique, le module de régulation étant intégré au connecteur.
Selon une réalisation, le connecteur comporte une cavité pour recevoir le module de régulation.
Selon une réalisation, des plots d'accueil situés dans le prolongement des pistes du connecteur débouchent dans la cavité pour assurer une interconnexion avec le module de régulation.
Selon une réalisation, des conducteurs électriques sont positionnés entre les plots d'accueil et les composants du module de régulation. Cela permet à la fois l'alimentation du module de régulation et l'interconnexion avec les modules de puissance.
Selon une réalisation, le dissipateur thermique comporte un dégagement ayant une forme complémentaire du module de régulation.
Selon une réalisation, le module de puissance comporte des éléments redresseurs formant au moins deux bras de pont redresseur, des terminaux de connexion associés aux éléments redresseurs et une unité de commande pilotant les bras de pont redresseur.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte deux modules de puissance comprenant chacun trois bras de pont redresseur. Cela présente un avantage économique, dans la mesure où on supprime un module de puissance.
Selon une réalisation, chaque module de puissance comporte une unité de commande et trois bras de pont chacun étant formé par deux éléments redresseurs. Selon une réalisation, les éléments redresseurs sont des transistors
MOSFET.
Dans une variante de réalisation, chaque module de puissance peut comporter des diodes aptes à redresser le courant des phases du bobinage du stator. Selon une réalisation, les modules de puissance sont positionnés dans des logements correspondants ménagés dans le dissipateur thermique.
Selon une réalisation, une couche de colle est interposée entre les modules de puissance et un fond de chaque logement correspondant.
Selon une réalisation, le connecteur et le dissipateur thermique présentent un pourtour fermé délimitant une ouverture.
Selon une réalisation, le connecteur comporte deux ensembles de pattes de connexion pour assurer une connexion avec des sorties de phase, les deux ensembles de pattes de connexion s'étendant suivant deux secteurs angulaires distincts l'un par rapport à l'autre.
Selon une réalisation, chaque ensemble de pattes de connexion s'étend en vis-à-vis d'un module de puissance correspondant.
Selon une réalisation, les deux ensembles de pattes de connexion sont espacés angulairement entre eux d'un angle de 120 degrés. Selon une réalisation, le connecteur comporte un ensemble de pattes de connexion s'étendant suivant un même secteur angulaire pour assurer une connexion avec des sorties de phase.
Selon une réalisation, les pattes de connexion sont positionnées entre les deux modules de puissance. Selon une réalisation, le connecteur est fixé sur le dissipateur thermique au moyen de vis établissant une connexion à une borne positive.
Selon une réalisation, l'ensemble formé par le connecteur et le dissipateur thermique est fixé sur un palier de la machine électrique au moyen de vis établissant une connexion entre les pistes du connecteur et une masse de la machine électrique tournante.
Selon une réalisation, les terminaux de connexion des modules de puissance sont soudés sur des zones de connexion correspondante du connecteur.
Selon une réalisation, chaque logement est rempli d'une couche de protection.
Selon une réalisation, la cavité est remplie d'une couche de protection. En variante, la cavité est fermée par un capot.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un alternateur selon la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective montrant l'extrémité arrière de l'alternateur selon la présente invention;
La figure 3 est une vue en perspective éclatée du connecteur, des modules électroniques de puissance, du module de régulation, et du dissipateur thermique de l'alternateur selon la présente invention; La figure 4 est une vue en perspective éclatée des modules électroniques de puissance, du module de régulation, et du dissipateur thermique de l'alternateur selon la présente invention;
La figure 5 est une vue en perspective des modules électroniques de puissance et de régulation installés dans des logements correspondants du dissipateur thermique de l'alternateur selon la présente invention;
La figure 6 est une vue en perspective de dessus du sous-ensemble formé par le dissipateur thermique et le connecteur de l'alternateur selon la présente invention;
La figure 7 est une vue en perspective de dessous du sous-ensemble formé par le dissipateur thermique et le connecteur de l'alternateur selon la présente invention;
La figure 8 est une vue en perspective du connecteur intégrant le porte-balais de l'alternateur selon la présente invention;
La figure 9 est une vue en perspective de dessous illustrant une variante de réalisation du connecteur selon la présente invention intégrant le module de régulation;
La figure 10 est une vue en perspective illustrant une variante du positionnement des sorties de phase du bobinage statorique de l'alternateur selon la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
On a représenté sur la figure 1 un alternateur 10 compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. L'alternateur 10 est apte à transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique et pourra être réversible. Un tel alternateur réversible, appelé alterno-démarreur, permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule.
Cet alternateur 10 comporte un carter 1 1 et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes 12 monté sur un arbre 13, et un stator 16, qui entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie externe du rotor 12 et la périphérie interne du stator 16. L'axe X suivant lequel s'étend l'arbre 13 forme l'axe de rotation du rotor 12.
Le carter 1 1 comporte des paliers avant 17 et arrière 18 portant le stator 16. Les paliers 17, 18 sont de forme creuse et portent chacun centralement un roulement à billes pour le montage à rotation de l'arbre 13.
Plus précisément, le rotor 12 comporte deux roues polaires 24, 25 présentant chacune un flasque 28 d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes 29 par exemple de forme trapézoïdale et d'orientation axiale. Les griffes 29 d'une roue 24, 25 sont dirigées axialement vers le flasque 28 de l'autre roue. La griffes 29 d'une roue polaire 24, 25 pénètrent dans un espace d'entredent existant entre deux griffes 29 voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les griffes 29 des roues polaires 24, 25 sont imbriquées les unes par rapport aux autres. Un noyau cylindrique 30 est intercalé axialement entre les flasques 28 des roues 24, 25. En l'occurrence, le noyau 30 consiste en deux demi- noyaux appartenant chacun à l'un des flasques 28. Ce noyau 30 porte à sa périphérie externe un bobinage rotorique d'excitation 31 .
L'arbre 13 pourra être emmanché à force dans l'alésage central des roues polaires 24, 25. Du côté de son extrémité avant, l'arbre 13 pourra comporter une partie filetée pour la fixation d'une poulie 35. La poulie 35 appartient à un dispositif de transmission de mouvements à au moins une courroie entre l'alternateur 10 et le moteur thermique du véhicule automobile.
Le palier arrière 18 porte un porte-balais 38 muni de balais 39 destinés à venir frotter contre des bagues 40 d'un collecteur 41 pour assurer l'alimentation du bobinage du rotor 12. Plus précisément, le porte-balais 38 comporte un boîtier ayant des logements destinés à recevoir chacun un balai. En outre, un élément protecteur rapporté 42 visible sur la figure 2 pourra être fixé par exemple par encliquetage via une liaison glissière du côté de l'extrémité des balais 39 destinée à venir frotter contre les bagues 40. Cet élément protecteur 42 positionné autour des balais 39 et des bagues 40 correspondantes permet d'assurer la protection de l'ensemble vis-à-vis de l'environnement extérieur.
Par ailleurs, le stator 16 comporte un corps 43 en forme de paquet de tôles doté d'encoches équipées d'isolant d'encoches pour le montage des phases du stator 16. Chaque phase comporte au moins un enroulement de phase traversant les encoches du corps de stator 43 et forme, avec toutes les phases, un chignon avant 46 et un chignon arrière 47 de part et d'autre du corps de stator 43.
Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées électriquement entre elles par exemple par soudage. Les enroulements de phase sont reliés électriquement à des modules électroniques de puissance 50 via leur sortie de phase. Ces modules de puissance 50 forment un pont redresseur de tension pour transformer la tension alternative générée par l'alternateur 10 en une tension continue pour alimenter notamment la batterie et le réseau de bord du véhicule.
Comme cela est visible dans l'exemple de la figure 4, la machine électrique tournante comporte deux modules de puissance 50. Chaque module de puissance 50 comporte une unité de commande 51 apte à piloter trois bras de pont 52 comportant chacun deux éléments redresseurs 53. Les éléments redresseurs 53 sont par exemple constitués par des transistors du type MOSFET. Ainsi, dans l'exemple d'une machine électrique tournante qui présente un bobinage en double triphasé, chaque module de puissance pilote trois phases du stator 16.
Dans une variante de réalisation, chaque module de puissance peut comporter plusieurs diodes.
Ces composants 51 , 52, 53 ainsi que d'autres composants passifs (résistances et condensateurs notamment) sont implantés sur une carte électronique 54 comportant des traces 55 ménagées dans une couche de matériau conducteur notamment une couche de cuivre. La couche de cuivre recouvre par exemple une couche de céramique portant également une deuxième couche de cuivre du côté opposé à la face de la carte 54 portant les composants électroniques. Dans cet exemple, les différents composants sont implantés sur la carte 54 par brasage.
Les composants sont reliés électriquement aux traces 55 de la carte électronique 54 par exemple par un procédé de câblage filaire dit de "wire bonding" en anglais. Des terminaux de connexion 58 sont associés aux différents modules de puissance 50 pour l'interconnexion avec les pistes 60 d'un connecteur 61 décrit plus en détail ci-après.
La machine électrique 10 comporte également un module de régulation 62 pour réguler une tension appliquée à un bobinage rotorique. Ce module de régulation 62 comporte une unité de commande 51 et des composants électroniques associés.
Par exemple, l'unité de commande 51 ainsi que les composants électroniques associés du module de régulation 62 sont implantés sur une carte électronique 54 comportant des traces 55 ménagées dans une couche de matériau conducteur notamment une couche de cuivre.
Comme on peut le voir sur les figures 3, 4, et 5, les modules de puissance 50 ainsi que le module de régulation 62 sont intégrés dans un dissipateur thermique 65, c'est-à-dire qu'ils sont positionnés chacun à l'intérieur d'un logement 67 correspondant ménagé dans le dissipateur thermique 65. De préférence, afin d'améliorer l'évacuation de la chaleur diffusée par les différents modules 50 et 62, une couche de colle 68 thermiquement conductrice est interposée entre les modules de puissance 50 et un fond de chaque logement 67 correspondant ainsi qu'entre le module de régulation 62 et un fond du logement 67 correspondant. De préférence, la couche de colle 68 est déposée entre la face de la carte ne portant pas de composant et le fond du logement 67. La colle permet également la fixation des différents modules 50, 62 dans les logements 67.
Chaque logement 67 peut être rempli d'une couche de protection telle que du gel ou de la résine afin de protéger les composants électroniques de l'environnement extérieur. En variante, chaque logement 67 peut être fermé par un capot respectif.
Avantageusement, le dissipateur thermique 65 comporte une pluralité d'ailettes 66 s'étendant en saillie depuis la face externe du corps du dissipateur 65. Par « face externe », on désigne la face du dissipateur opposée à la face interne dudit dissipateur qui est en vis-à-vis du stator.
Le connecteur 61 et le dissipateur thermique 65 présentent de préférence un pourtour fermé délimitant une ouverture 71 visible notamment sur les figures 5, 6, et 7. Cela permet de faciliter l'intégration du porte-balais 38 ainsi que la circulation d'air à l'intérieur de l'alternateur 10. A cet effet, l'alternateur 10 comporte des pales 72 montées solidaires en rotation sur les extrémités axiales du rotor 12, tel que montré sur la figure 1 .
Le connecteur 61 établit des connexions électriques notamment entre les terminaux 58 des modules de puissance 50 et des sorties de phase de l'alternateur 10. Le connecteur 61 établit également des connexions électriques entre les composants des cartes électroniques 54 et le potentiel positif via une borne positive B+ référencée 75. La borne positive 75 est, par exemple, disposée sur le dissipateur thermique 65. En outre, le connecteur 61 établit également des connexions électriques entre les composants des cartes électroniques 54 et une masse du véhicule notamment via le palier arrière 18 ou le dissipateur thermique 65.
A cet effet, comme cela est illustré sur la figure 7, le connecteur 61 comporte un corps 78, en forme générale de plaque réalisée en matériau isolant, surmoulé sur un ensemble de pistes conductrices 60 dont certaines ont été représentées en traits discontinus. Les connexions entre les terminaux 58 des modules de puissance 50 et les pistes 60 sont effectuées par exemple par soudure laser à travers des zones de connexion 81 . Chaque zone de connexion 81 est formée par une portion de piste conductrice 60 qui n'est pas surmoulée par le corps 78. Le module de régulation 62 comporte également des terminaux 58 en saillie soudés sur des zones de connexion 81 correspondantes du connecteur 61 . En variante, comme cela est représenté sur la figure 9, le module de régulation 62 pourra être intégré au connecteur 61 . A cet effet, le connecteur
61 comporte une cavité 82 pour recevoir le module de régulation 62. Afin de faciliter l'assemblage entre le dissipateur thermique 65 et le connecteur 61 , le dissipateur thermique 65 comporte un dégagement sur sa face interne. Ce dégagement présente une forme complémentaire du module de régulation
62 ou plus précisément des parois en saillie du connecteur 61 délimitant la cavité 82.
Des plots d'accueil 86 situés dans le prolongement des pistes 60 du connecteur 61 débouchent dans la cavité 82 pour assurer une interconnexion avec le module de régulation 62. Les composants du module de régulation 62 sont reliés électriquement aux plots d'accueil 86 par exemple par un procédé de câblage filaire dit de "wire bonding" en anglais.
Le corps du connecteur 78 comporte une portion plastique surmoulée sur les bords d'une plaque 89 réalisée dans un matériau thermiquement conducteur formant le fond de la cavité 82. Le corps du connecteur 78 délimite ainsi une fenêtre autour de la plaque 89.
Avantageusement, une couche de matériau thermiquement conductrice est interposée entre la plaque 89 et une face interne du dissipateur thermique 65, notamment une face du dégagement. Comme cela est visible sur les figures 2, 6, 8, et 10 certaines pistes 60 débordent radialement vers l'extérieur du corps du connecteur 78 en étant aménagés à leurs extrémités libres sous forme de pattes de connexion 95 pour établir la connexion avec les sorties de phase du bobinage statorique.
Dans le mode de réalisation des figures 2, 6, et 8, le connecteur 61 comporte deux ensembles 94 de trois pattes de connexion 95 destinées à être connectées avec des sorties de phase. Les deux ensembles 94 s'étendent suivant deux secteurs angulaires distincts l'un par rapport à l'autre. On précise qu'un secteur angulaire est défini par une zone angulaire suivant laquelle les pattes de connexion 95 (et donc les sorties de phase du bobinage statorique) sont espacées entre elles d'un intervalle angulaire sensiblement identique. Chaque ensemble 94 de pattes de connexion 95 s'étend en vis-à-vis d'un module de puissance 50 correspondant. Dans un exemple de réalisation, les deux ensembles 94 de pattes de connexion 95 sont espacés angulairement entre eux d'un angle A de l'ordre de 120 degrés.
Dans le mode de réalisation de la figure 10, le connecteur 61 comporte un ensemble 94 de pattes de connexion 95 s'étendant suivant un même secteur angulaire. Les pattes de connexion 95 pourront alors être positionnées entre les deux modules de puissance 50.
Comme cela est illustré par la figure 8, le connecteur 61 et le porte- balais 38 forment une seule et même pièce. Ainsi, des pistes 60 du connecteur 61 reliées électriquement aux zones de connexion 98 avec les tresses des balais 39 sont surmoulées dans une couche de matériau 99 formant une portion de l'ensemble porte-balais 38 et connecteur 61 . Autrement dit, cette couche de matériau 99 forme une portion du corps du connecteur 78 et du corps du porte-balais 38. Dans l'exemple de réalisation représenté ici, le porte-balais 38 est disposé sur le corps du connecteur 78 de manière à ce que les logements recevant les balais 39 soient débouchant sur l'ouverture 71 .
Le connecteur 61 est fixé sur le dissipateur thermique 65 par exemple au moyen de vis établissant une connexion du connecteur 61 à la borne positive B+ 75. A cet effet, les vis traversent des ouvertures correspondantes du connecteur 61 référencées 100 sur la figure 7. Le sous-ensemble formé par le connecteur 61 et le dissipateur thermique 65 est fixé sur le palier arrière de la machine électrique par exemple au moyen de vis établissant une connexion entre les pistes du connecteur 61 et une masse de la machine électrique tournante. A cet effet, les vis traversent des ouvertures correspondantes du connecteur 61 référencées 101 . Des canons isolants positionnés autour des vis pourront être prévus pour éviter d'éventuels court-circuits.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique tournante (10) pour véhicule automobile comportant :
- un dissipateur thermique (65),
- au moins un module de puissance (50) intégré dans le dissipateur thermique (65) comportant une unité de commande (51 ) apte à piloter au moins deux bras de pont redresseur (52) associés à des terminaux de connexion (58),
- un connecteur (61 ) établissant des connexions électriques notamment entre les terminaux de connexion (58) des modules de puissance (50) et des sorties de phase de la machine électrique tournante, et
- un porte-balais (38) portant au moins deux balais (39) destinés à venir frotter contre des bagues collectrices (40) pour l'alimentation d'un bobinage rotorique (31 ),
caractérisée en ce que le connecteur (61 ) et le porte-balais (38) forment une seule et même pièce.
2. Machine électrique selon la revendication 1 , caractérisée en ce que des pistes (60) du connecteur (61 ) reliées électriquement à des zones de connexion (81 ) avec les tresses de balais du porte-balais (38) sont surmoulées dans une couche de matériau (99) formant une portion de l'ensemble (94) porte-balais (38) et connecteur (61 ).
3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le porte-balais (38) comprend des logements recevant les balais (39) et en ce qu'une extrémité de chaque logement est disposée de manière à être débouchante sur une ouverture (71 ) de la machine électrique tournante.
4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un module de régulation (62) pour réguler une tension appliquée à un bobinage rotorique (31 ) et en ce que ledit module de régulation (62) est intégré au dissipateur thermique.
5. Machine électrique tournante selon la revendication 4, caractérisée en ce que le module de régulation (62) est positionné dans un logement (67) correspondant ménagé dans le dissipateur thermique (65).
6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un module de régulation (62) pour réguler une tension appliquée à un bobinage rotorique (31 ) et en ce que ledit module de régulation (62) est intégré au connecteur (61 ).
7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisée en ce que le connecteur (61 ) comporte une cavité (82) pour recevoir le module de régulation (62).
8. Machine électrique tournante selon la revendication 7, caractérisée en ce que des plots d'accueil (86) situés dans le prolongement des pistes (60) du connecteur (61 ) débouchent dans la cavité (82) pour assurer une interconnexion avec le module de régulation (62).
9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte deux modules de puissance (50) comprenant chacun trois bras de pont redresseur (52).
10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le connecteur (61 ) et le dissipateur thermique (65) présentent un pourtour fermé délimitant une ouverture (71 ).
1 1 . Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le connecteur (61 ) comporte deux ensembles (94) de pattes de connexion (95) pour assurer une connexion avec des sorties de phase, les deux ensembles (94) de pattes de connexion (95) s'étendant suivant deux secteurs angulaires distincts l'un par rapport à l'autre.
12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le connecteur (61 ) comporte un ensemble (94) de pattes de connexion (95) s'étendant suivant un même secteur angulaire pour assurer une connexion avec des sorties de phase.
13. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que le connecteur (61 ) est fixé sur le dissipateur thermique (65) au moyen de vis établissant une connexion à une borne positive (75).
14. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que l'ensemble (94) formé par le connecteur (61 ) et le dissipateur thermique (65) est fixé sur un palier (18) de la machine électrique au moyen de vis établissant une connexion entre les pistes (60) du connecteur (61 ) et une masse de la machine électrique tournante.
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